分布式燃烧方法和燃烧器技术

本发明专利技术涉及一种燃烧器，其具有燃料/氧化剂喷嘴和在其任一侧上隔开的一对动力喷枪，所述动力喷枪分别沿着燃料喷射轴线喷射燃料和主氧化剂射流以及副氧化剂射流。致动流体射流撞击在副氧化剂射流上以使副氧化剂射流与燃料喷射轴线流体地成一定角度。成一定角度以及主和副氧化剂喷射之间的氧化剂分级作用允许实现分布式燃烧状态。

Distributed combustion method and burner

The invention relates to a burner having a fuel / oxidizer injector and separated in on either side of a power lance, the power gun respectively along the axis of fuel injection fuel injection and the primary oxidant jet and vice oxidant jet. The actuating fluid jet impinges on the secondary oxidizer jet to make the sub oxidant jet flow at a certain angle with the fuel injection axis. The role of oxidizer grading between certain and primary and secondary oxidizer jets allows for the realization of a distributed combustion state.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分布式燃烧方法和燃烧器
技术介绍
燃料的富氧燃烧是一种用于相对于基于空气的燃烧增加工业炉内的热利用(热效率)的已知策略。富氧燃料燃烧器具有增加从火焰到负载的辐射热传递的较高火焰温度。然而，较高火焰温度在某些情形中会具有负面影响，尤其是对于例如用于二次铝熔融的较低温度的炉而言。由于高火焰温度，增加了 NOx形成的倾向。因此，如果N2通过燃料或由于空气渗透到炉内而进入燃烧区，则NOx形成会显著增加。而且，较高温度火焰会在炉中产生热点或者不利地影响产品质量。在某些情形例如铝的熔融中，高火焰温度还会增加金属氧化速度，从而引起金属损耗。为了克服以上问题，已开发分布式(分散，distributed)燃烧作为用于在较低但很均匀的温度下执行富氧燃烧的策略。分布式燃烧也称为稀释燃烧、柔和燃烧或无焰燃烧(在某些情形中在火焰不再可见时)，该策略的中心思想是在燃烧之前用炉气(主要是H2O与CO2的混合物)稀释反应剂，以便实现炉内的较低和更均匀的温度分布。稀释后的混合物的温度应该保持高于自动点火温度以维持无焰模式。与在传统燃烧过程中观察到的质量输送与化学反应之间的复杂反应不同的是，高度稀释后的反应剂通过增加燃烧反应的时标而使燃烧成为动能受限的过程。该缓慢燃烧过程本身通过峰值温度低由此大幅减少NOx的高度分布式反应区实现。已提出很多用于分布式燃烧的燃烧器。W02004/029511利用通过燃烧器的氧喷嘴产生的喷射器效应来提供炉气的内部再循环。燃料的下游喷射允许氧在到达燃料之前与炉气混合。W02004/029511包括围绕燃料喷射呈圆形安置的氧供给管道。氧供给管道优选以超音速递送氧。与W02004/029511燃烧器一样，美国专利N0.6，007，326涉及炉中的燃料和氧气两者的浓度均低的燃烧。通过它们在高速度下的空间分离的喷射来获得反应剂的稀释。燃料和氧化剂可被预热至高于环境温度的任意温度。美国已公布的专利申请US 20070254251公开了一种设计用于无焰燃烧体系的燃烧器。其包括起不同作用的若干燃料和氧化剂喷射。可能的中央火焰稳定器被用于将燃料和气态氧化剂喷射到炉或燃烧区内的多个喷嘴包围。其可以使用空气或氧作为氧化剂。—些利用氧气的分布式燃烧燃烧器必须依赖于反应剂的高速喷射。高速喷射通常要求用于操作的氧气和天然气的高压力。由于该缺陷，需要使用利用压力比较低的氧气的燃烧器来实现分布式燃烧。不论氧化剂供给的压力如何，分布式燃烧通常通过将燃料和氧化剂分开喷射到炉内来实现。任一股或两股反应剂射流以有利于例如通过使用高速度梯度、旋流或崖壁式体部将炉气夹带到射流中这样的方式喷射到炉内。出于在两股反应剂流彼此交互/混合之前实现一种或两种反应剂的充分稀释的目的来确定射流之间的距离。例如，美国专利N0.5，961，312公开了一种燃烧器设计，其中燃料与空气射流之间的距离L通过下式给出:(L/Da) X [(Va/X)_5]>10，其中Da是空气喷嘴的直径，Va是空气的速度，并且V。是空气的单位速度(lm/s)。类似地，美国专利N0.6，007, 326需要燃料和氧化剂射流之间具有至少6英寸且优选24英寸的距离，以实现用于低NOx生产的稀释燃烧状态。射流之间的这些间距要求常常使燃烧器过于庞大。有时，还利用反应剂喷嘴之间的非零喷射角度来延迟反应剂的混合，直到它们被炉气稀释。例如，美国专利N0.5，772，421公开了一种燃烧器设计，其中燃料和氧化剂被排出成使得它们首先彼此发散，但最终在炉内混合。然而，发散的射流的混合取决于炉几何形状、燃烧器操作和燃烧器在炉内的位置。结果是，这些燃烧器常常仅在某些特定炉内并且在特定操作条件下有效。另一种实现分布式燃烧的策略是通过使用多个喷嘴来将反应剂中的一种分配到炉内。其它反应剂通常作为高速或高旋流射流供给以夹带炉气。例如，美国专利N0.6，773，256公开了一种燃烧器，其中将少量燃料供给到氧化剂流中以实现贫燃料火焰。剩余燃料经由与火焰相距固定距离的多个燃料喷嘴供给。燃料喷嘴可设计成根据所期望的分级以不同角度向火焰喷射燃料。这种设计策略会导致较大、复杂的燃烧器，其可能制造起来相对昂贵并且难以控制。由于上述缺陷，需要使用简单、紧凑的燃烧器实现分布式燃烧。即使不将燃烧器紧凑性考虑为一个重要因素并且针对具体炉构型和具体操作条件优化燃烧器，但一旦燃料和氧化剂喷射之间的距离被设定，就不可能修改具有燃料和氧化剂的固定喷射的传统燃烧器中的该距离。如果期望提供能够燃烧气态、液态和固态燃料的单个燃烧器设计，则这一点变得重要。这是因为不同燃料具有不同的最佳喷射状态。最佳喷射状态之间的这种差别甚至在单个普通类别的燃料例如煤粉的不同类型之间存在。由于上述缺陷，需要使用单一燃烧器设计实现不同类型燃料的分布式燃烧。用于实现高度分级燃烧的一个重要条件是高炉温。为了针对高度分级的燃烧维持燃烧室内部的彻底燃烧，该炉必须被预热至高于800°C。大部分高度分级的燃烧器需要预热器燃烧器以在分级之前实现期望的炉温。例如，W02006/031163公开了一种能以火焰和分级两种模式操作的燃烧器。首先，当炉冷时，燃料和氧化剂从共轴开口(管套管)喷射以具有稳定火焰。一旦炉温达到燃料的自动点燃温度，燃料和氧化剂就从彼此空间地分离的开口喷射，以形成炉内部的分布式燃烧。几乎所有分级式燃烧器设计均存在的问题是它们常常在燃烧器功率并非为标称设计功率时具有不良的性能。典型地，这些燃烧器在标称功率条件下很好地工作，然而，它们的燃烧效率和排放特性常常在燃烧器功率从标称功率变成某种其它功率时显著降低。这种燃烧器功率的变化对于大部分工业炉而言是非常普遍的情形。由于上述缺陷，还需要一种可在各种燃烧器功率下实现令人满意的分布式燃烧的燃烧器。
技术实现思路
公开了一种用于执行分布式燃烧的方法，该方法包括以下步骤。将燃料从设置在喷嘴砖(燃烧器炉体，burner block)中的燃料喷嘴沿着燃料喷射轴线喷射到炉内。将氧化剂从主氧化剂喷嘴喷射到炉内，燃料和主氧化剂喷嘴相对于彼此同心地设置。燃料和主氧化剂在炉内燃烧。减少从主氧化剂喷射的氧化剂的量。将第一和第二氧化剂射流从设置在喷嘴砖中的燃料喷嘴的相对侧上的第一和第二动力喷枪喷射到炉内。分别与第一和第二氧化剂射流成一定角度地喷射第一和第二致动流体射流，以使得第一和第二副氧化剂射流与燃料喷射轴线流体地(fluidically)成一定角度(angled away)。还公开了一种用于执行分布式燃烧的燃烧器，该燃烧器包括:喷嘴砖，其具有适合背对燃烧空间的第一面和适合面朝燃烧空间的第二面；从所述第一面延伸到所述第二面的燃料/氧化剂喷嘴，该燃料/氧化剂喷嘴包括同心地设置在外管内的内管，该燃料/氧化剂喷嘴适合沿着燃料喷射轴线将燃料和主氧化剂喷射到炉内；以及第一和第二动力喷枪，其与燃料/氧化剂喷嘴等距地隔开并从所述第一面延伸到所述第二面。每个第一动力喷枪包括:具有邻近所述第一面的入口端和面对所述第二面的终端的主体，副氧化剂喷射通道和致动流体喷射通道穿过主体从喷嘴砖的第一面延伸到主体终端，致动流体喷射通道设置在副氧化剂喷射通道的背离燃料/氧化剂喷嘴的一侧上；以及设置在主体终端上的罩盖，该罩盖具有适合与主体终端匹配的匹配端和邻近所述第二面的终端，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于执行分布式燃烧的方法，包括以下步骤：将燃料从设置在喷嘴砖中的燃料喷嘴沿着燃料喷射轴线喷射到炉内；将氧化剂从主氧化剂喷嘴喷射到所述炉内，所述燃料和主氧化剂喷嘴相对于彼此同心地设置；在所述炉内燃烧所述燃料和主氧化剂；减少从所述主氧化剂喷射的氧化剂的量；将所述氧化剂的第一和第二射流从设置在所述喷嘴砖中的所述燃料喷嘴的相对侧上的第一和第二动力喷枪喷射到所述炉内；分别与氧化剂的所述第一和第二射流成一定角度地喷射第一和第二致动流体射流，以使得第一和第二副氧化剂射流与所述燃料喷射轴线流体地成一定角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.30 US 12/982,8181.一种用于执行分布式燃烧的方法，包括以下步骤: 将燃料从设置在喷嘴砖中的燃料喷嘴沿着燃料喷射轴线喷射到炉内； 将氧化剂从主氧化剂喷嘴喷射到所述炉内，所述燃料和主氧化剂喷嘴相对于彼此同心地设置； 在所述炉内燃烧所述燃料和主氧化剂； 减少从所述主氧化剂喷射的氧化剂的量； 将所述氧化剂的第一和第二射流从设置在所述喷嘴砖中的所述燃料喷嘴的相对侧上的第一和第二动力喷枪喷射到所述炉内； 分别与氧化剂的所述第一和第二射流成一定角度地喷射第一和第二致动流体射流，以使得第一和第二副氧化剂射流与所述燃料喷射轴线流体地成一定角度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料是气态的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料是雾化液体。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料是粉状固体。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述燃料是煤粉。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述煤粉被流化并随空气或回收的烟气的输送气体被喷射。7.根据权利要求1的方法 ，还包括以下步骤: 增加喷射到所述炉内的燃料和氧化剂的量；以及 减少作为第一和第二致动流体射流喷射的致动流体的量，由此减小所述第一和第二副氧化剂射流与所述燃料喷射轴线流体地成一定角度的程度。8.根据权利要求1所述的方法，还包括从分别设置在所述燃料喷嘴的上方和下方的第一和第二低速氧化剂喷枪喷射另外一部分副氧化剂的步骤，其中: 所述另外一部分副氧化剂以比从所述第一和第二动力喷枪喷射的速度低的速度喷射。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料和氧化剂的燃烧不产生可见火焰。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料以及所述第一和第二副氧化剂射流在所述致动流体的喷射被启动之前互相平行地喷射。11.根据权利要求1所述的方法，其中: 在所述致动流体的喷射被启动之前，所述第一和第二副氧化剂射流与所述燃料喷射轴线成一定角度地喷射；并且 在所述致动流体的喷射被启动之后，所述第一和第二副氧化剂射流与所述燃料喷射轴线成一更大的角度喷射。12.—种用于执行分布式燃烧的燃烧器,包括: 喷嘴砖，其具有适合背对燃烧空间的第一面和适合面朝燃烧空间的第二面； 从所述第一面延伸到所述第二面的燃料/氧化剂喷嘴，所述燃料/氧化剂喷嘴包括同心地设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜泰圭，V·乔达摩，R·S·普拉巴卡尔，B·格朗德，B·勒鲁，M·默特博格，N·多基耶，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：
国别省市：